1緒論

　　中壓大功率傳動系統已在工業生產中得到了廣泛應用，例如石化行業中的管道泵、水泥行業中的風機、水泵站的供水泵、運輸行業中的牽引機械以及冶金行業中的軋機等。與低壓傳動相比，中壓傳動在很多方面都有更高的技術要求和挑戰。德國學者Holtz于1977年提出了三電平逆變器的電路拓撲，其中每相橋臂帶一對開關管，以輔助中點箱位。后來，1980年日本學者Nabae在此基礎上繼續發展，將這些輔助開關變為一對二極管，分別與上下橋臂串聯的主管中點相連，以輔助中點箱位。該電路比前者更易于控制，且主管關斷時僅承受直流母線一半的電壓，因此更為實用。

　　2三電平變頻器主回路設計

　　三電平變頻器主電路示意圖如圖1所示。其中，移相變壓器一次為△接，二次側分別為Y接和△接的兩個對稱繞組。兩個二次繞組的輸出分別經過兩個完全相同的6 脈波整流單元形成12脈波整流器。12脈波整流器可使各6脈波二極管整流器產生的低次諧波相互抵消，從而降低網側電流的諧波畸變，提高網側的功率因數。一般來說，二極管整流器脈波數目越多，輸出網側電流的諧波畸變越小。但在實際產品中很少采用脈波數多于30的二極管整流器，主要原因在于變壓器的成本會增加很多，而性能的改變卻不明顯。因此，本文采用12脈波二極管整流。

　　圖1 二極管箝位的三電平變頻器主回路

　　由圖1可見，每一個橋臂上有4個IGBT、2個箝位二極管和4個反向恢復二極管。以A相為例，當 和 或者它們的體二極管導通時，電機定子A相電壓為 ;當 和 或者們的體二極管導通時，定子A相電壓為 ;當 和 導通時，定子A相電壓為0。 和 不可能同時導通，哪一個導通取決于A相負載電流的方向。因此，對于三電平逆變器來說其交流側電壓有 、0、 3種狀態，3個橋臂進行組合，共有 =27種開關狀態，即有27個空間電壓矢量。該拓撲結構的不足之處在于：三電平及以上逆變器需要器件數量較多，控制復雜性明顯增加以及中性點電壓發生波動。

　　3 三電平變頻器控制回路設計

　　三電平變頻器控制系統框圖如圖2所示。包括12路IGBT驅動電路、電壓、電流檢測電路、接口處理電路、DSP控制電路及人機交互界面等。

　　圖2 三電平變頻器控制系統框圖

　　其中，DSP控制電路按照人機界面輸入的電機參數及工作模式等指令輸出相應的PWM驅動信號，驅動信號經接口電路處理后由光纖發送至驅動電路。驅動電路接收光纖的信號并由專用的驅動芯片2SD315AI驅動IGBT。電壓、電流檢測分別采用LEM公司生產的高精度電壓霍爾和電流霍爾。電壓檢測包括正負母線電壓檢測和中點電壓檢測。檢測電路返回的電壓、電流值經過接口電路處理整定后送給DSP控制電路進行運算。當母線電壓或中點電壓波動超出允許范圍時，保護電路動作，封鎖IGBT信號，并通過人機界面顯示當前報警。